一种提高激光黑化效率的方法技术

本发明专利技术涉及一种提高激光黑化效率的方法，包括以下步骤：清洗、辅助气体吹扫、进行第一阶段双激光合束加工、进行第二阶段激光黑化加工。本发明专利技术采用两个阶段的激光黑化处理配合辅助气体，微结构表面产生大量纳米尺度的氧化物，且表面产生微纳尺度的凸起复合结构，显著降低了光学反射率，同时提高了黑化效率。同时提高了黑化效率。同时提高了黑化效率。

【技术实现步骤摘要】
一种提高激光黑化效率的方法


[0001]本专利技术涉及表面处理
，尤其涉及一种提高高反金属表面激光黑化效率的方法。

技术介绍

[0002]金属激光黑化处理是指利用脉冲激光束在金属表面多次循环扫描加工，从而显著提高表面对不同波段光的吸收率，在新能源、军事等领域具有广泛的应用需求。
[0003]然而，对于铜、铝、钛等高反金属材料，材料本身对激光具有较大的反射率，激光黑化处理初期只有少部分激光能量被吸收。激光黑化时，通常需要激光束多次循环扫描加工后，表面黑化程度增大，对激光吸收率提高，进一步黑化处理时材料去除效率才能得到明显提升。相较于皮秒和飞秒超快激光，纳秒激光加工的成本优势显著。然而，由于纳秒激光单脉冲能较低，在激光黑化加工初期由于材料对激光低吸收率导致的加工效率降低问题亟待解决。进一步提高纳秒激光黑化处理的效率对于推动这一技术的广泛具有重要意义。
[0004]因此，需要一种能够提高高反金属纳秒激光黑化效率的方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种提高高反金属激光黑化效率的方法。
[0006]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：
[0007]一种提高激光黑化效率的方法，包括以下步骤：
[0008]a、取待黑化处理的高反金属构件，对待黑化区域进行清洗；
[0009]b、将所述高反金属构件置于双光源激光系统加工平面，所述双光源激光系统包括准连续激光光源以及纳秒激光光源；
[0010]c、向待加工区域吹扫辅助气体，所述辅助气体为工业纯氧或含氧量≥35％的混合气体；
[0011]d、进行第一阶段激光黑化加工：采用准连续激光与纳秒激光的合束加工，设置相应的加工参数，加工次数为n次，n的取值范围为2
‑
10；
[0012]e|、进行第二阶段激光黑化加工：采用纳秒激光单独加工，设置相应的加工参数，加工次数为m次，m的取值范围4
‑
40。
[0013]进一步优选的，所述步骤d、e的加工次数满足下式：n＜m，且m+n≤30。
[0014]优选的，所述高反金属构件为铝、铜、钛等金属材料。
[0015]优选的，所述步骤a的清洁使用酒精等有机溶剂。
[0016]优选的，所述步骤b的所述双光源激光系统的两种光源采用同一振镜系统，从而实现两种光源的合束或单独加工。
[0017]优选的，所述步骤c的所述混合气体除了氧气，还包括氮气、二氧化碳、氩气等中的至少一种气体。
[0018]优选的，步骤c的所述混合气体的含氧量≥55％；进一步优选的，所述混合气体的含氧量≥60％。进一步优选的，所述混合气体的含氧量为≥75％。
[0019]优选的，所述步骤c的所述辅助气体的流量范围为2
‑
50L/min，保证加工区域能够得到辅助气体的充分吹扫。进一步优选的，所述步骤c的所述辅助气体的流量范围为5
‑
30L/min。
[0020]优选的，所述步骤d的准连续激光的加工参数为：激光功率为200
‑
3000W，最小脉冲宽度为10
‑
1000ms，占空比为5％
‑
100％；纳秒激光参数为：激光功率为20
‑
1200w，重复频率1
‑
70kHz，脉冲宽度1
‑
200ns；合束加工的加工参数为：光斑直径为20
‑
100μm，填充线间距为10
‑
120μm，扫描速率为10
‑
500mm/s。
[0021]进一步优选的，所述步骤d的准连续激光的加工参数为：激光功率为500
‑
2000W，最小脉冲宽度为20
‑
500ms，占空比为40
‑
80％；纳秒激光参数为：激光功率为50
‑
200w，重复频率30
‑
60kHz，脉冲宽度10
‑
30ns；合束加工的加工参数为：光斑直径为25
‑
50μm，填充线间距为30
‑
60μm，扫描速率为50
‑
200mm/s。
[0022]优选的，所述步骤e的纳秒激光的加工参数为：纳秒激光的平均功率50
‑
1000W；激光脉冲重复频率10
‑
70kHz；激光脉冲宽度5
‑
50ns；光斑直径25
‑
60μm；填充线间距20
‑
80μm；扫描速率50
‑
500mm/s。
[0023]进一步优选的，所述步骤b的激光黑化的工艺参数为：纳秒激光的平均功率50
‑
300W；激光脉冲重复频率30
‑
60kHz；激光脉冲宽度10
‑
30ns；光斑直径25
‑
50μm；填充线间距30
‑
60μm；扫描速率100
‑
300mm/s。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0025]1、激光黑化过程分为两个阶段，激光黑化第一阶段采用纳秒激光和准连续激光合束加工，增强激光黑化的热效应，促进材料的去除及表面氧化，快速实现初步黑化；当高反金属对激光吸收率提升后，采用单独纳秒激光加工开展第二阶段激光黑化，实现快速材料去除的同时避免热量累积造成材料表面损伤；
[0026]2、本专利技术通过准连续激光+纳秒脉冲激光双光源激光加工系统代替超快激光，实现高反金属的快速黑化处理，降低高反金属激光黑化处理的加工成本；
[0027]3、通过富含氧气的辅助气体作用，使激光黑化过程同时发生氧化反应，促进材料的激光去除，显著提升纳秒激光黑化加工效率。
[0028]4、本专利技术采用两个阶段的激光黑化处理配合辅助气体，激光与材料相互作用实现材料快速去除，同时由于辅助气体的加入，微结构表面产生大量纳米尺度的氧化物。激光加工后，表面产生微纳尺度的凸起复合结构，显著降低了光学反射率，同时提高了黑化效率。
附图说明
[0029]图1为本专利技术的实施例1的紫铜激光合束激光黑化后的表面宏观形貌；
[0030]图2为本专利技术的实施例1的紫铜激光合束+纳秒激光黑化后的表面宏观形貌；
[0031]图3为本专利技术的实施例1的紫铜激光合束+纳秒激光黑化后的表面微观形貌；
[0032]图4为本专利技术的实施例1的紫铜激光合束激光黑化后的光学反射率测试图；
[0033]图5为本专利技术的实施例1的紫铜激光合束+纳秒激光黑化后的光学反射率测试图；
[0034]图6为本专利技术的对比例1的紫铜纳秒激光黑化后的表面宏观形貌；
[0035]图7为本专利技术的对比例1的紫铜纳秒激光黑化后的光学反射率测试图。
具体实施方式
[0036]下面结合附图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高激光黑化效率的方法，其特征在于包括以下步骤：a、取待黑化处理的高反金属构件，对待黑化区域进行清洗；b、将所述高反金属构件置于双光源激光系统加工平面，所述双光源激光系统包括准连续激光光源以及纳秒激光光源；c、向待加工区域吹扫辅助气体，所述辅助气体为工业纯氧或含氧量≥35％的混合气体；d、进行第一阶段激光黑化加工：采用准连续激光与纳秒激光的合束加工，设置相应的加工参数，加工次数为n次，n的取值范围为2
‑
10；e|、进行第二阶段激光黑化加工：采用纳秒激光单独加工，设置相应的加工参数，加工次数为m次，m的取值范围为4
‑
40。2.根据权利要求1所述的提高激光黑化效率的方法，其特征在于：所述步骤d、e的加工次数满足下式：n＜m，且m+n≤30。3.根据权利要求1所述的提高激光黑化效率的方法，其特征在于：所述步骤c的所述混合气体除了氧气，还包括氮气、二氧化碳、氩气中的至少一种气体。4.根据权利要求3所述的提高激光黑化效率的方法，其特征在于：步骤c的所述混合气体的含氧量≥55％。5.根据权利要求1所述的提高激光黑化效率的方法，其特征在于：所述步骤c的所述辅助气体的流量范围为2
‑
50L/min。6.根据权利要求1所述的提高激光黑化效率的方法，其特征在于：所述步骤d的准连续激光的加工参数为：激光功率为200
‑
3000W，最小脉冲宽度为10
‑
1000ms，占空比为5％
‑
100％；纳秒激光参数为：激光功率为20
‑
1200w，重复频率1
‑
70kHz，脉冲宽度1
‑
200ns；合束加工的加工参数为：光斑直径为20
‑
100μm，填充线间距为10
...

【专利技术属性】
技术研发人员：管迎春，李兴，王泉杰，
申请(专利权)人：北京航空航天大学合肥创新研究院北京航空航天大学合肥研究生院，
类型：发明
国别省市：